Rozwój kombinatorycznych terapii w leczeniu urazów rdzenia kręgowego z wykorzystaniem dostarczania komórek macierzystych
7 czerwca 2024
W tym badaniu opracowano i scharakteryzowano kompozytowe hydrożele mimetyczne nerwowe, które mogą być wykorzystywane do badania i wykorzystania proregeneracyjnego zachowania komórek macierzystych pochodzących z tłuszczu do naprawy urazu rdzenia kręgowego.
W tym badaniu opracowano platformę do dostarczania komórek kombinatorycznych w leczeniu urazów rdzenia kręgowego, wykorzystując zdecelularyzowane hydrożele pochodzenia tkankowego. Skuteczność decelularyzacji i żywotność komórek w kompozytowych hydrożelach analizowana, aby określić ich potencjał jako platformy hodowli 3D. Wyniki pozwolą na dalsze badania potencjału terapeutycznego w leczeniu urazów rdzenia kręgowego.
Ostatnio, w dziedzinie naprawy urazów rdzenia kręgowego, decellularyzacja została szeroko wykorzystana w kontekście hydrożeli. Proces ten usuwa wszystkie zanieczyszczenia komórkowe i jądrowe z tkanek lub organów, aby zapobiec negatywnej odpowiedzi immunologicznej, jednocześnie zachowując elementy macierzy zewnątrzkomórkowej. Teraz, gdy hydrożele kompozytowe nerwowe są zoptymalizowane, charakteryzacja platformy będzie kontynuowana, aby zmaksymalizować neuroregeneracyjne zachowanie ASC w naprawie rdzenia kręgowego.
Prace te przyczynią się do rozwoju terapii kombinatorycznej w zakresie naprawy urazów rdzenia kręgowego, zwłaszcza w zakresie rozwoju terapii komórkami macierzystymi dla potencjalnego klinicznego tłumaczenia. Na początek rozmroz zamrożony rdzeń kręgowy w lodówce w temperaturze czterech stopni Celsjusza przez 18 do 24 godzin przed decelularyzacją. Używając sterylnych nożyczek, ostrożnie usuń twardą mater.
Przetnij rdzeń kręgowy na małe kawałki, o długości około jednego centymetra. Włóż trzy części do rurki 50-mililitrowej. Płukaj rdzeń kręgowy wodą dejonizowaną w temperaturze czterech stopni Celsjusza przez 18 do 24 godzin przy 60 obr./min.
Następnie płucz rdzeń kręgowy 0,025% trypsyny EDTA, a następnie PBS przez 15 minut dwa razy. Następnie płucz rdzeń kręgowy następującymi roztworami decelularyzacji. Na koniec płucz rdzeń kręgowy wodą dejonizowaną przez godzinę dwa razy, a następnie PBS przez godzinę.
Następnie liofilizuj rdzeń kręgowy w temperaturze 0,01 milibara i 56 stopni Celsjusza przez trzy dni, zanim przechowujesz go do użycia. Rozmrozić wcześniej zamrożony świński nerw kulszowy w temperaturze czterech stopni Celsjusza w lodówce przez 18 do 24 godzin przed decelularyzacją. Teraz przetnij nerw kulszowy na małe kawałki, około jednego centymetra długości.
Włóż trzy części do rurki 50-mililitrowej. Płukaj nerw kulszowy wodą dejonizowaną przez siedem godzin. Następnie przepłucz nerw kulszowy następującymi roztworami do decellularyzacji.
Następnie liofilizuj go w temperaturze 0,01 milibara i 56 stopni Celsjusza przez trzy dni przed przechowywaniem do użycia. Zacznij od użycia nożyczek autoklawowych, aby rozciąć wcześniej zdecellaryzowany rdzeń kręgowy i nerw kulszowy na proszek. Tkanki trawić osobno w roztworze 0,01 zwykłego kwasu solnego zawierającego jeden miligram na mililitr pepsyny w stężeniu 15 miligramów na mililitr.
Włóż do roztworu pręt magnetyczny i mieszaj w temperaturze 500 obr./min przez co najmniej cztery dni w temperaturze czterech stopni Celsjusza, aby uzyskać roztwory preżelowe. Zmieszaj preżel nerwu kulszowego i rdzenia kręgowego. Następnie rozcieńcz hydrożel do pożądanego stężenia za pomocą medium M199 i PBS.
Użyj jednego zwykłego wodorotlenku sodu i kwasu solnego, aby dostosować pH do 7,4. Po dostosowaniu pH należy ponownie zawiesić ludzkie komórki macierzyste pochodzące z tłuszczu w preżelu o gęstości 1 miliona komórek na mililitr. Rozcieńcz preżel do 12 miligramów na mililitr za pomocą PBS.
Włóż go do dołków, a potem załóż pokrywkę PDMS na pregel. Inkubuj płytkę przez 30 minut w temperaturze 37 stopni Celsjusza. Następnie dodaj PBS do studni.
Zdejmij pokrywę PDMS i roztwór. Dodaj podłoże wzrostu ASC do hydrożeli bogatych w ASC i inkubuj w temperaturze 37 stopni Celsjusza do uprawy.
Przegląd
W niniejszym badaniu opracowano kombinatoryczną platformę dostarczania komórek z wykorzystaniem hydrożeli pochodzących z decelularyzowanych tkanek do naprawy uszkodzeń rdzenia kręgowego. Przeprowadzono charakterystykę hydrożeli w celu oceny ich skuteczności oraz potencjału jako platformy hodowli 3D dla mezenchymalnych komórek macierzystych pochodzących z tkanki tłuszczowej.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Medycyna regeneracyjna
- Biomateriały
Wstęp
- Decelularyzacja usuwa szczątki komórkowe, aby zapobiec odpowiedziom immunologicznymi.
- Składniki macierzy zewnątrzkomórkowej zostają zachowane podczas decelularyzacji.
- Hydrożele były szeroko badane pod kątem naprawy uszkodzeń rdzenia kręgowego.
- Komórki macierzyste pochodzenia tłuszczowego (ASCs) wykazują działanie proregeneracyjne.
Cel badania
- Opracowanie kompozytowych hydrożeli naśladujących nerwy.
- Zbadanie proregeneracyjnego zachowania ASC.
- Optymalizacja hydrożeli pod kątem naprawy uszkodzeń rdzenia kręgowego.
Zastosowane metody
- Opracowanie hydrożeli pochodzących z tkanki zdecelularyzowanej.
- Analiza żywotności komórek w hydrożelach kompozytowych.
- Charakterystyka hydrożeli w celu maksymalizacji właściwości neuroregeneracyjnych.
- Ocena potencjału terapeutycznego w leczeniu urazów rdzenia kręgowego.
Główne wyniki
- Hydrożele kompozytowe wykazały skuteczną decelularyzację.
- W hydrożelach zaobserwowano wysoką żywotność komórek.
- Hydrożele wykazały potencjał jako platforma do hodowli 3D.
- Planowana jest dalsza charakterystyka w celu usprawnienia zachowania ASC.
Wnioski
- Hydrożele naśladujące nerwy mogą usprawnić badania nad urazami rdzenia kręgowego.
- Hydrożele decelularyzowane mogą poprawić terapeutyczne zastosowania ASC.
- Dalsza optymalizacja jest niezbędna dla skutecznej regeneracji rdzenia kręgowego.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Kombinatoryjne platformy hydrożelowe integrujące decelularyzowane macierze nerwowe oraz dostarczanie komórek macierzystych pozwalają na rozwiązanie wieloczynnikowych problemów związanych z naprawą uszkodzeń rdzenia kręgowego. Podejście to umożliwia tworzenie istotnych z punktu widzenia choroby systemów 3D do oceny strategii neuroregeneracyjnych, co zwiększa pewność predykcyjną we wczesnych etapach rozwoju terapeutycznego. Modułowość platformy sprawia, że nadaje się ona do szerokiego zastosowania w całym portfolio badań i rozwoju (R&D) w dziedzinie medycyny regeneracyjnej.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wstępne odkrycia i walidacja celu
- Umożliwia weryfikację hipotez dotyczących neuroregeneracji w kontrolowanym środowisku 3D.
- Wspiera ograniczanie ryzyka biologicznego poprzez izolację wpływu ECM oraz komórek macierzystych na proces naprawy.
- Ułatwia funkcjonalną walidację celów dla kombinowanych strategii terapeutycznych.
- Stanowi podstawę do zwiększenia pewności predykcyjnej w badaniach nad mechanizmami regeneracyjnymi.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Ustanawia zwalidowane systemy hodowli 3D do późniejszego przesiewania związków lub komórek.
- Zapewnia powtarzalne i mierzalne wyniki żywotności komórek oraz integracji z macierzą.
- Wspiera standaryzację testów w celu zapewnienia porównywalności między badaniami i zespołami.
- Umożliwia skalowalne przygotowanie platform hydrożelowych do przesiewania wysokoprzepustowego (high-content screening).
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Jest zgodne z modelami istotnymi dla danej jednostki chorobowej w zakresie poszukiwania biomarkerów translacyjnych.
- Zapewnia ciągłość procesu od etapu odkrycia po przedkliniczną walidację interwencji neuroregeneracyjnych.
- Wspiera decyzje o dalszym rozwoju projektu z uwzględnieniem analizy ryzyka, dostarczając wglądu w mechanizmy oddziaływań między komórkami a macierzą.
- Umożliwia predykcyjną redukcję ryzyka w przypadku terapeutycznych kandydatów opartych na komórkach macierzystych.
Integracja potoków i przepływów pracy
Ta platforma oparta na hydrożelach integruje się z kontinuum od etapu odkrywania do badań przedklinicznych, umożliwiając iteracyjne testowanie hipotez oraz redukcję ryzyka mechanistycznego w przypadku terapii neuroregeneracyjnych.
- Biologia odkrywcza: Ułatwia opartą na hipotezach ocenę synergii między ECM a komórkami macierzystymi w naprawie układu nerwowego.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalny system testów 3D do oceny żywotności komórek i kompatybilności macierzy.
- Analityka: Generuje ilościowe wyniki dotyczące kinetyki żelowania, właściwości mechanicznych i przeżywalności komórek.
- Badania translacyjne: Łączy wyniki in vitro z modelami przedklinicznymi poprzez naśladowanie naturalnych środowisk neuronalnych.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwach: Oferuje modułową, adaptowalną platformę dla różnorodnych programów medycyny regeneracyjnej.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad neuroregeneracją.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje przepływy pracy w kulturach 3D i zwiększa odtwarzalność wyników między zespołami.
- Wartość strategiczna: Dostarcza informacji niezbędnych do podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz optymalizuje alokację zasobów w portfelach wczesnej fazy.
- Wpływ na portfel: Umożliwia priorytetyzację kandydatów na terapie kombinatoryczne i komórkowe z uwzględnieniem analizy ryzyka.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna w zakresie decelularyzacji, formułowania hydrożeli oraz hodowli komórek macierzystych.
- Wymagany jest dostęp do aparatury do przetwarzania tkanek, liofilizacji oraz instrumentacji analitycznej.
- Konieczna jest standaryzacja protokołów przygotowania hydrożelu i osadzania komórek pomiędzy zespołami.
- Może być wymagana adaptacja w przypadku różnych źródeł tkanek lub typów komórek.
- Ograniczenia obejmują konieczność dalszej charakterystyki w celu maksymalizacji efektów neuroregeneracyjnych.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:22
Decellularization of Porcine Spinal Cords
2:38
Porcine Sciatic Nerve Decellularization for 3D hASC Culture to Develop Composite Hydrogels
3:27
Digestion of Decellularized Spinal Cord and Sciatic Nerve and Fabrication of Composite Hydrogels
